JP2017058078A

JP2017058078A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2017058078A
Application number: JP2015183661A
Authority: JP
Inventors: 直久東山; Naohisa Higashiyama
Original assignee: Keihin Thermal Technology Corp
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-03-23

Abstract

【課題】熱交換器においてタンクの内部に板状の仕切板を容易且つ確実に固定することで品質の向上を図る。
【解決手段】熱交換器１０において、第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部にそれぞれ第１及び第２仕切板２８、４８が設けられている。この第１及び第２仕切板２８、４８は、１枚の板材を折り返すことで形成され、その折り返し部位となる一端部がベース部２４、４４の外側において押し潰され、一方、板材の重ね合わせられた他端部が、カバー部２６、４６の外側において互いに離間するように断面Ｖ字状となるように加締められる。これにより、第１及び第２ヘッダ１２、１４の内部が第１及び第２仕切板２８、４８によって２分割されると同時に、そのカバー部２６、４６とベース部２４、４４に対して前記第１及び第２仕切板２８、４８が加締められ確実に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に媒体を流通させ、外部に空気を通過させることで該媒体と熱交換を行って前記空気の熱交換を行うことが可能な熱交換器に関する。

従来から、自動車等の車両に用いられる車両用空調装置において、内部に冷媒を流通させることで通過する空気を冷却するエバポレータ等の熱交換器が用いられている。

この熱交換器は、例えば、一組のヘッダと、前記ヘッダの間に接続される複数のチューブと、前記チューブの間に設けられた複数のフィンとを備え、前記ヘッダの長手方向に沿って前記チューブが並列に配置され、且つ、前記チューブが空気の流れ方向に沿って２列に配置されると共に、該ヘッダの内部をそれぞれ２分割する仕切板が設けられている。

この仕切板は、例えば、特許文献１のように、ヘッダを構成する底壁を折曲することで仕切部を一体的に形成し、上壁の凹部へと挿入することで前記ヘッダの内部を２分割している。そして、空気の流れ方向において上流側に配置されたチューブと、下流側に配置されたチューブとが２分割されたヘッダの空間と接続され、前記チューブを流れる冷媒が前記空間を通じて循環する。

また、特許文献２に開示された熱交換器では、板状に形成された仕切板に複数の突出部を設け、該突出部をヘッダの上壁及び底壁の孔部へと挿入した状態で溶接等によって固定することで、前記ヘッダの内部を２分割している。

上述したような特許文献１及び２の熱交換器では、ヘッダ内を流れる冷媒の通路断面積を十分に確保しつつ、前記ヘッダの小型化を図っている。

特許第５３４８６６８号公報特開２０１２−５２７１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された熱交換器では、ヘッダの内部において底壁から折曲された仕切部の端部を上壁の凹部へと挿入しているだけであるため、該凹部への前記仕切部の挿入状態にばらつきがあった場合、両者の間に生じた僅かな隙間を通じて、分割された一方の空間における冷媒と、他方の空間における冷媒とが互いに漏出して混合されてしまうショートサーキットが発生してしまう。

一方、特許文献２に開示された熱交換器では、仕切板の上端部及び下端部に設けられた突出部をヘッダに対してそれぞれ係合させることで確実に固定してショートサーキットの抑制を図っているが、前記仕切板が１枚の板材から形成されている関係上、前記突出部を変形させ前記ヘッダに対して安定した状態で加締めることが難しく、該ヘッダに対する前記仕切板の固定状態が不安定となり、それに伴って、ろう付け等のばらつきが生じて品質の低下を招くこととなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、タンク内において板状の仕切板を容易且つ確実に固定することで品質の向上を図ることが可能な熱交換器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれタンクに接続される複数のチューブと、隣接するチューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、フィンを通過する空気とチューブを流通する媒体との熱交換を行う熱交換器において、
タンクには、タンクの延在方向に沿うように設けられ、内部の空間を分割する仕切板を有し、
仕切板は折り返された１枚の板材からなり、その折り返しとなる一端部及び重ね合わされた板材からなる他端部にはタンクの外側へ突出する突出部がそれぞれ形成されると共に、変形させた突出部からなりタンクへ係合される加締め部が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、一組のタンクを有した熱交換器において、このタンクの内部には内部空間を分割する仕切板が設けられ、仕切板を折り返された１枚の板材とし、その折り返しとなる一端部及び重ね合わされた板材からなる他端部にタンクの外側へ突出する突出部をそれぞれ形成し、変形させた突出部を加締め部としてタンクへと係合させる。

従って、仕切板の一端部及び他端部に形成された突出部をタンクの外側においいて変形させ加締め部として係合させることで、タンクの内部に仕切板を容易且つ確実に固定することができる。その結果、タンクにおいて仕切板を安定的に固定することで、例えば、ろう付けを安定して行うことができ、それに伴って、タンクと仕切板との間の隙間が抑制されるためタンク内における媒体のショートサーキットが抑制され、品質の高い熱交換器を構成することが可能となる。

また、加締め部を、タンクの延在方向と略直交する方向に拡がるように形成するとよい。

さらに、加締め部を、他端部において板材の合わせ面を境として互いに離間する方向へと拡がった断面Ｖ字状に形成するとよい。

さらにまた、仕切板の他端部に設けられる突出部には、互いに対向する合わせ面に一端部側に向かって徐々に幅狭状となるテーパ部を設けることで、突出部を変形させるための治具をテーパ部によって好適に所定位置へと案内して変形させることが可能となるため、常に安定した加締め部を形成することができ、品質のさらなる向上を図ることができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、熱交換器を構成する一組のタンクの内部に、折り返された１枚の板材からなる仕切板を設け、その折り返しとなる一端部及び重ね合わされた板材からなる他端部にタンクの外側へ突出する突出部をそれぞれ形成し、変形させた突出部を加締め部としてタンクへと係合させることで、タンクの内部に仕切板を容易且つ確実に固定することができる。その結果、タンクにおいて仕切板を安定的に固定することで、例えば、ろう付けを安定して行うことができ、それに伴って、タンクと仕切板との間の隙間が抑制されるためタンク内における媒体のショートサーキットが抑制され、熱交換器の品質向上を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る熱交換器の外観斜視図である。図２Ａは、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った断面図であり、図２Ｂは、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った断面図であり、図２Ｃは変形例に係る第１仕切板を用いた第１ヘッダの断面図である。第１ヘッダを構成するベース部、カバー部及び第１仕切板の分解斜視図である。図４Ａ〜図４Ｃは、第１ヘッダが組み付けられる前の状態を示す組み付け説明図である。

本発明に係る熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す。

この熱交換器１０は、図１に示されるように、例えば、その内部に冷媒（媒体）の流通するエバポレータとして用いられ、一組の第１及び第２ヘッダ（タンク）１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と第２ヘッダ１４との間を接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数のフィン１８とを含み、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向と直交する熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に空気が通過することで前記冷媒との熱交換が行われる。

なお、ここでは、熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に隣接するように２つの熱交換パスＰが設けられた２パス式の熱交換器について説明する。

この第１ヘッダ１２は、図１及び図２Ａに示されるように、その一端部に冷媒の供給・排出される導入管２０及び導出管２２が設けられ、断面Ｕ字状に形成されチューブ１６側（矢印Ｃ１方向）に配設されるベース部２４と、前記ベース部２４を覆うように設けられる断面Ｕ字状のカバー部２６とから構成される。

また、第１ヘッダ１２には、図１、図２Ａ及び図３に示されるように、ベース部２４とカバー部２６とを貫通するよう鉛直方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に延在する第１仕切板２８が設けられ、該第１仕切板２８によって前記ベース部２４と前記カバー部２６とが互いに締結されると共に、第１ヘッダ１２の内部が幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）と直交する厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に２分割されている。

この第１仕切板２８は、例えば、アルミニウム等の金属製材料からなる板材からなり、第１ヘッダ１２の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿った長さと略同等の長さで形成されると共に、その幅方向と直交する断面において、一端部を支点として互いに当接するように折り返される。この折り返された第１仕切板２８の一端部は、ベース部２４の内壁面に当接すると共に、例えば、断面長方形状の複数の第１突出部３０が突出し、前記ベース部２４の厚さ方向中央に開口した複数の第１孔部３２にそれぞれ挿入される。この第１突出部３０及び第１孔部３２は同数（例えば、４個）で形成される。

そして、第１突出部３０の端部が後述する第１加締め治具７０で押圧され変形することで、第１仕切板２８と直交方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に拡幅した第１加締め部３４がそれぞれ形成され、前記第１加締め部３４によってベース部２４に対して係止される。

一方、板材が重ね合された第１仕切板２８の他端部は、第１ヘッダ１２の内部においてカバー部２６の内壁面に当接すると共に、該他端部から突出した複数の第２突出部３６を有する。この第２突出部３６は、例えば、断面長方形状に形成され、カバー部２６の厚さ方向中央に開口した複数の第２孔部３８にそれぞれ挿入され、前記カバー部２６の外側へと所定長さだけ突出する。なお、第２突出部３６は、重ね合された２枚の板状部から構成されている。

そして、第２突出部３６は、重ね合わされた合わせ面４０の間に後述する第２加締め治具７２を挿入するようにカバー部２６側へと押圧することで変形して断面Ｖ字状に拡幅した第２加締め部４２となり、該第２加締め部４２が第２孔部３８より外側へと拡がることで前記カバー部２６と係合され係止される。

これにより、第１仕切板２８が第１ヘッダ１２を構成するベース部２４及びカバー部２６の内壁面に当接して２分割した状態で、第１及び第２突出部３０、３６が前記ベース部２４及びカバー部２６と加締められることで一体的に連結される。

第２ヘッダ１４は、図１及び図２Ｂに示されるように、第１ヘッダ１２と同様に、断面Ｕ字状に形成されたベース部４４と、前記ベース部４４を覆うように設けられる断面Ｕ字状のカバー部４６とから形成されると共に、第２仕切板４８によって厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に２分割されている。この第２仕切板４８は、例えば、アルミニウム等の金属製材料からなる板材からなり第１仕切板２８と略同一形状に形成される。なお、第２仕切板４８は、第２ヘッダ１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿った長さと略同等の長さで形成される。

第２仕切板４８は、その一端部を折り返すことで重ね合わされ、折り返しとなる該一端部には複数の第３突出部５０が形成され、ベース部４４に形成された複数の第３孔部５２へと挿入された状態で外側へと突出した部位が加締められ第３加締め部５４となる。これにより、第２仕切板４８の一端部がベース部４４の内壁面に当接した状態で内側に固定される。この第３突出部５０及び第３孔部５２は同数（例えば、４個）で形成される。

一方、第２仕切板４８の他端部は、第２ヘッダ１４の内部においてカバー部４６の内壁面に当接すると共に、該他端部から突出した複数の第４突出部５６を有する。この第４突出部５６は、例えば、断面長方形状に形成され、カバー部４６の厚さ方向中央に開口した複数の第４孔部５８にそれぞれ挿入され、前記カバー部４６の外側へと所定長さだけ突出した状態で、後述する第２加締め治具７２によってカバー部４６側へと押圧して変形させることで、断面Ｖ字状に拡がった第４加締め部６０が形成される。すなわち、第４加締め部６０が第４孔部５８より外側へと拡がることでカバー部４６と係合され係止される。

これにより、第２仕切板４８は、その他端部がカバー部４６の内壁面に当接した状態で、第４孔部５８より外側へと拡がるように変形した第４加締め部６０によって固定されることで、第２ヘッダ１４を構成するベース部４４とカバー部４６とが第２仕切板４８を介して一体的に連結される。

また、第２仕切板４８には、図１に示されるように、複数の連通口６２が形成され、該第２仕切板４８によって分割された第２ヘッダ１４の内部における一方の空間と他方の空間とを連通させている。

この熱交換器１０では、図１に示されるように、複数のチューブ１６からなり互いに隣接するように配置された２つの熱交換パスＰが設けられ、該熱交換パスＰは、第１ヘッダ１２の背面側（下流側、矢印Ａ１方向）から第２ヘッダ１４側（図１中、矢印Ｃ１方向）へと冷媒が流れる第１パスＰ１と、該第１パスＰ１と隣接し第２ヘッダ１４の表面側において第１ヘッダ１２側（図１中、矢印Ｃ２方向）へと冷媒の流れる第２パスＰ２とから構成される。

チューブ１６は、例えば、アルミニウム材料からなる断面扁平状に形成され、その内部には冷媒の流通する流路（図示せず）が長手方向に沿って形成され、その一端部が第１ヘッダ１２の内部と接続され、他端部が第２ヘッダ１４の内部と接続されることで、前記チューブ１６を通じて前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４とが連通している。

また、チューブ１６は、第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように複数設けられると共に、空気の流れ方向（矢印Ａ１方向）に沿って２列となるように設けられる（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。

フィン１８は、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、隣接配置された２つのチューブ１６に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状で熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って所定幅だけ延在するように形成されている。

本発明の実施の形態に係る熱交換器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に第１仕切板２８を含む第１ヘッダ１２を組み付ける場合について図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら説明する。

先ず、図４Ａに示されるように、１枚の板材を折り返すことで形成された第１仕切板２８を準備し、該第１仕切板２８を第１ヘッダ１２を構成するベース部２４の内部へと配置し、その折り返しとなる一端部を内壁面へと当接させると共に、第１突出部３０を第１孔部３２へと挿入する。これにより、第１突出部３０がベース部２４に対して所定長さだけ外側（矢印Ｃ１方向）へと突出した状態となる。

次に、ベース部２４の開口部を覆うようにカバー部２６を配置し、その第２孔部３８に第１仕切板２８の第２突出部３６を挿入した状態とする。これにより、第１仕切板２８の他端部がカバー部２６の内壁面に当接した状態で、第２突出部３６が前記カバー部２６に対して所定長さだけ外側（矢印Ｃ２方向）へと突出した状態となる。

そして、ベース部２４、カバー部２６及び第１仕切板２８の他端部を図示しない保持手段によってそれぞれ保持した状態で、図４Ｂに示されるように、前記第１仕切板２８の下方から第１突出部３０に第１加締め治具７０を押し当てて上方（矢印Ｃ２方向）に向かって所定荷重で押圧する。なお、この第１加締め治具７０は、第１突出部３０に当接する端部が平面状に形成されている。

これにより、第１突出部３０は、ベース部２４の底壁部に沿うように略直交方向（厚さ方向、矢印Ａ１、Ａ２方向）へと拡がるように押し潰され第１加締め部３４となる。これにより、第１仕切板２８は、カバー部２６側（矢印Ｃ２方向）への移動が規制され、その一端部がベース部２４の内壁面に当接した状態で保持される。

次に、ベース部２４、カバー部２６及び第１仕切板２８の一端部を図示しない保持手段によって保持した状態で、図４Ｂに示される前記第１仕切板２８の第２突出部３６の合わせ面４０に対して上方から第２加締め治具７２を当接させ、下方に向かって所定荷重で押圧していく（図４Ｃ参照）。なお、第２加締め治具７２は、先端に向かって断面先細状に形成されている。

この第２加締め治具７２は、第２突出部３６において重ね合わされた２枚の板材を互いに離間させるように押し広げて変形させることで、断面Ｖ字状の第２加締め部４２が形成され、該第２加締め部４２が第２孔部３８よりも拡がることで第１仕切板２８のベース部２４側（矢印Ｃ１方向）への移動が規制され、その他端部がカバー部２６の内壁面に当接した状態で保持される。

これにより、図２Ａ及び図４Ｃに示されるように、内部に設けられた第１仕切板２８によって第１ヘッダ１２の内部が２分割されると同時に、ベース部２４とカバー部２６とが組み合わされた状態で第１仕切板２８の第１及び第２加締め部３４、４２によって互いに固定される。

上述した第１ヘッダ１２は、このようにベース部２４、カバー部２６及び第１仕切板２８が互いに位置決めされ固定された状態で一体的にろう付けされることで強固に固定され、その組み付けが完了する。

なお、第２ヘッダ１４も上述した第１ヘッダ１２の組み付けと同一の方法で組み付けられるため、詳細な説明については省略する。

このように、熱交換器１０を構成する第１及び第２ヘッダ１２、１４において、１枚の板材を折り返して重ね合わせた第１及び第２仕切板２８、４８を内部に設け、その一端部及び他端部を拡げるように変形させ第１〜第４加締め部３４、４２、５４、６０としてそれぞれ加締めることで、前記第１及び第２仕切板２８、４８を前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の内壁面へと当接させた状態で前記第１及び第２仕切板２８、４８を前記第１及び第２ヘッダ１２、１４に対して容易且つ確実に固定することができる。

その結果、折り返し状となった第１及び第３突出部３０、５０を押し潰し、且つ、重ね合された第２及び第４突出部３６、５６を押し広げるように変形させることで、第１及び第２仕切板２８、４８を安定して加締めることができ、しかも、第１及び第２ヘッダ１２、１４に対して第１及び第２仕切板２８、４８の抜けを防止して確実に固定できるため、例えば、第１及び第２ヘッダ１２、１４をろう付けする際、その精度を向上させることで冷媒のショートサーキットを抑制することが可能となる。

次に、上述したように第１ヘッダ１２の組み付けられた熱交換器１０の動作並びに作用効果について説明する。

先ず、図示しない配管を通じて導入管２０から導入された冷媒は、図１に示されるように、第１ヘッダ１２において第１仕切板２８によって分割された空間を通じて第１パスＰ１を構成する複数のチューブ１６を通じて下方（矢印Ｃ１方向）へと流れる。この際、第１仕切板２８が第１ヘッダ１２内で確実且つ安定的に固定されろう付けがなされているため、隣接する空間への冷媒の漏出が防止される。

そして、第１パスＰ１における各チューブ１６を介して第２ヘッダ１４の空間へ到達した冷媒は、第２仕切板４８に形成された連通口６２を通じて表面側の空間へと流れた後、第２パスＰ２を構成する複数のチューブ１６を通じて上方（矢印Ｃ２方向）へと流れる。

最後に、冷媒は第１ヘッダ１２の空間へと導入された後に導出管２２から排出される。このように、第１及び第２パスＰ１、Ｐ２において、複数のチューブ１６を循環する冷媒とフィン１８を通過する空気との間で熱交換がなされ、該冷媒が加温されて導出管２２から導出され図示しない機器へと循環する。

また、図２Ｃに示される第１仕切板８０のように、その第２突出部８２において２枚の板状部の合わせ面８４にそれぞれ一端部側（矢印Ｃ１方向）に向かって徐々に浅くなるテーパ部８６を形成しておくことで、前記第２突出部８２を加締める際、断面略三角形状となる２つのテーパ部８６に先細状の第２加締め治具７２を好適に案内して所定位置へと位置決めすることが可能となる。

その結果、第２加締め治具７２を第２突出部８２の所定位置へと容易且つ確実に案内することで安定した加締め作業を行うことができ、それに伴って、第２加締め部８８による第１ヘッダ１２に対する第１仕切板８０の固定をより安定的に行うことが可能となるため、ショートサーキットのさらなる低減を図ることで品質のさらなる向上が可能となる。

なお、このテーパ部８６を第１仕切板８０に対して設ける場合には、該第１仕切板８０のみでなく、第２仕切板４８の第４突出部５６にも同様に設けるとよい。

また、本発明に係る熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…熱交換器１２…第１ヘッダ
１４…第２ヘッダ１６…チューブ
１８…フィン２４、４４…ベース部
２６、４６…カバー部２８、８０…第１仕切板
３０…第１突出部３４…第１加締め部
３６、８２…第２突出部４２、８８…第２加締め部
４８…第２仕切板５０…第３突出部
５４…第３加締め部５６…第４突出部
６０…第４加締め部７０…第１加締め治具
７２…第２加締め治具８６…テーパ部

Claims

互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれ前記タンクに接続される複数のチューブと、隣接する前記チューブの間に設けられる複数のフィンとを有し、前記フィンを通過する空気と前記チューブを流通する媒体との熱交換を行う熱交換器において、
前記タンクには、該タンクの延在方向に沿うように設けられ、内部の空間を分割する仕切板を有し、
前記仕切板は折り返された１枚の板材からなり、その折り返しとなる一端部及び重ね合わされた前記板材からなる他端部には前記タンクの外側へ突出する突出部がそれぞれ形成されると共に、変形させた前記突出部からなり前記タンクへ係合される加締め部が形成されることを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器において、
前記加締め部は、前記タンクの延在方向と略直交する方向に拡がって形成されることを特徴とする熱交換器。
請求項１又は２記載の熱交換器において、
前記加締め部は、前記他端部において前記板材の合わせ面を境として互いに離間する方向へと拡がった断面Ｖ字状に形成されることを特徴とする熱交換器。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記仕切板の他端部に設けられる突出部には、互いに対向する合わせ面に前記一端部側に向かって徐々に幅狭状となるテーパ部が設けられることを特徴とする熱交換器。